基于ZigBee的機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

王艷軍

摘 要：軟件測評實驗室機(jī)房中的軟硬件設(shè)備對實驗室的溫濕度有較高的要求，實驗室的質(zhì)量管理體系也要求管理人員定期對實驗室內(nèi)的溫濕度進(jìn)行監(jiān)控和記錄。本文結(jié)合ZigBee無線傳感網(wǎng)設(shè)計了一種無線智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r通過溫濕度傳感器采集實驗室溫濕度信息，通過控制空調(diào)和加濕器等設(shè)備對溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可以實時將機(jī)房的溫濕度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給值班室。

關(guān)鍵詞：軟件測評機(jī)房；ZigBee；智能監(jiān)控；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TH82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-111-2

0 引言

軟件測評實驗室機(jī)房中存放有大量的電子測試設(shè)備，對溫度和濕度環(huán)境提出了較高的要求，在實際工作過程中有時會因為暖氣漏水或起火未能及時發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致設(shè)備損壞，因此構(gòu)建能夠24小時實時對實驗室機(jī)房環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，并可以對機(jī)房溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)的智能監(jiān)控系統(tǒng)是實驗室管理的必然趨勢。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

該實驗室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)基于ZigBee構(gòu)建，可以實時檢測和記錄軟件測評實驗室機(jī)房的溫度、濕度信息，根據(jù)設(shè)定值通過控制機(jī)房內(nèi)的空調(diào)和加濕器對機(jī)房溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)檢測到溫度或濕度超出閥值后進(jìn)行告警，同時將機(jī)房的溫濕度信息和告警信息實時發(fā)送到值班室。

2 系統(tǒng)組成和工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)包括綜合控制計算機(jī)1臺、ZigBee集控中心設(shè)備1個、監(jiān)控終端設(shè)備3個。集控中心模塊與綜合控制計算機(jī)放置在值班室，監(jiān)控終端放置在實驗室機(jī)房。監(jiān)控終端通過ZigBee與集控中心模塊建立無線連接，集控中心模塊通過串口實時將監(jiān)控到的溫濕度信息發(fā)送給綜合控制計算機(jī)以便信息顯示和告警。

2.2 工作原理

集控中心模塊通過串口與綜合控制計算機(jī)連接，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控終端模塊組成局域網(wǎng)。集控中心模塊接收各個監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)并通過串口發(fā)送給綜合控制計算機(jī)，從綜合控制計算機(jī)接收控制指令和設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端。

監(jiān)控終端模塊負(fù)責(zé)機(jī)房溫濕度監(jiān)控，通過溫度傳感器和濕度傳感器實時監(jiān)測機(jī)房中的溫濕度信息，一旦發(fā)現(xiàn)溫濕度達(dá)到調(diào)節(jié)值則打開空調(diào)或加濕器。發(fā)現(xiàn)溫濕度超過告警值則進(jìn)行告警，并將溫濕度信息和告警信息通過集控中心模塊發(fā)送給綜合控制計算機(jī)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件選擇

綜合控制計算機(jī)采用1臺具有RS232的串口的臺式機(jī)，集控中心設(shè)備采用ZigBee無線開發(fā)套件，監(jiān)控終端設(shè)備由ZigBee無線開發(fā)套件、紅外控制器、溫度和濕度傳感器、告警單元組成。

3.1.1 ZigBee開發(fā)板選擇

系統(tǒng)中ZigBee網(wǎng)絡(luò)（監(jiān)控終端和ZigBee集控中心模塊）采用TELESKY的C2430 ZigBee無線開發(fā)套件，其采用的是TI公司的CC2430處理器，單個芯片上結(jié)合了微控制器和射頻電路。該開發(fā)板板載了Nokia5110液晶模塊和SP3232串口通訊芯片，還擴(kuò)展了6個可編程按鍵，能夠滿足本次系統(tǒng)設(shè)計的要求。在無障礙物的情況下，ZigBee設(shè)備的傳輸距離為l00m，障礙物時的可靠傳輸距離為30m。

3.1.2 溫濕度傳感器選擇

溫濕度傳感器采用TELESKY的DHT11溫濕度模塊。該模塊采用DHT11傳感器，可以檢測濕度范圍20%-95%（0°-50°范圍），檢測溫度范圍0°-50°。

3.1.3 紅外遙控選擇

紅外控制模塊采用飛思的FS_IRC紅外學(xué)習(xí)模塊，該模塊可以學(xué)習(xí)空調(diào)和加濕器的遙控指令，可以通過串口操作發(fā)出控制指令，該模塊提供了全頻段支持，理論值為10K～100K，已經(jīng)完美覆蓋36K～42K的常用頻段。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)中監(jiān)控終端由TELESKY的C2430 ZigBee 無線開發(fā)套件、紅外控制器、溫度和濕度傳感器、告警單元組成。該無線開發(fā)套件已內(nèi)置擴(kuò)展6個可編程按鍵、1個液晶模塊和1個RS232串口，可以直接編程使用。只需將蜂鳴器和溫濕度傳感器連接到IO端口、紅外控制模塊連接到串口端口即可，極大的方便了系統(tǒng)硬件的設(shè)計和開發(fā)，原理圖見圖1。

ZigBee集控中心直接使用開發(fā)板的ZigBee模塊與監(jiān)控終端通信，通過開發(fā)板內(nèi)置的串口與綜合控制計算機(jī)連接，無須擴(kuò)展其他硬件模塊。

3.3 軟件設(shè)計

3.3.1 監(jiān)控終端軟件設(shè)計

監(jiān)控終端軟件包括溫濕度數(shù)據(jù)采集、溫度/濕度調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)發(fā)送、告警、參數(shù)數(shù)據(jù)接收、按鍵設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示等功能，軟件主要功能流程圖見圖2。

監(jiān)控終端開機(jī)后，軟件自動上電啟動，系統(tǒng)通過溫濕度采集傳感器以每秒一次周期采集當(dāng)前機(jī)房的溫濕度信息，通過ZigBee開發(fā)板中的CC2430處理器進(jìn)行判斷處理，當(dāng)溫濕度超過預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)閥值時，監(jiān)控終端通過紅外控制模塊發(fā)出遙控指令，控制空調(diào)和加濕器的啟動和停止，當(dāng)溫濕度超過預(yù)設(shè)的告警閥值時，監(jiān)控終端通過報警器發(fā)出蜂鳴告警音，同時向集控中心發(fā)出告警信息。

系統(tǒng)還可以通過ZigBee接收綜合控制計算機(jī)發(fā)送的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)，更改溫濕度告警和調(diào)節(jié)參數(shù)值，也可以由用戶通過控制按鍵對監(jiān)控終端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和告警消音等操作。

3.3.2 ZigBee集控中心軟件設(shè)計

集控中心軟件功能包括ZigBee數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)、Com接口數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)。集控中心開機(jī)后，軟件自動上電啟動，對ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)端口和串口端口進(jìn)行初始化。軟件循環(huán)接收監(jiān)控終端發(fā)送的溫濕度數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)，通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給綜合控制計算機(jī)。接收綜合控制計算機(jī)發(fā)送的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)，通過ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)給各個監(jiān)控終端。

3.3.3 綜合控制計算機(jī)軟件設(shè)計

綜合控制計算機(jī)軟件包括串口數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)存儲顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設(shè)置、告警處理等功能。

軟件接收到溫濕度信息報文后，解析數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫并實時在軟件界面顯示，并將各個監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)以折線圖形式顯示。當(dāng)收到監(jiān)控終端發(fā)送的告警報文后，啟動連接在計算機(jī)上的報警器進(jìn)行異常告警。

用戶可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢功能查詢顯示歷史溫濕度數(shù)據(jù)，可以通過參數(shù)設(shè)置功能對各個監(jiān)控模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

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圖3 綜合控制計算機(jī)軟件界面

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)是利用ZigBee無線傳感網(wǎng)的一個基本的應(yīng)用，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)24小時對軟件評測實驗室機(jī)房內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)控和記錄，可以減輕實驗室管理員對機(jī)房溫濕度進(jìn)行記錄的工作量，同時系統(tǒng)還可以根據(jù)機(jī)房內(nèi)的溫度和濕度變化情況實時進(jìn)行溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)和異常告警，及早發(fā)現(xiàn)機(jī)房因為漏水、起火等原因?qū)е碌囊馔馇闆r，最大限度減小損失。采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)克服了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)布線復(fù)雜的缺點。該系統(tǒng)在設(shè)備庫房、檔案室等環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 凌志浩，吳勤勤.ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討[J].自動化儀表，2005，26（6）：5-9.

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